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      一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法

      文檔序號(hào):6190615閱讀:262來(lái)源:國(guó)知局
      一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法
      【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法,該檢測(cè)裝置包括信號(hào)接收與預(yù)處理模塊,功率放大器,激振器,三穩(wěn)懸臂梁物理裝置,激光位移傳感器,加速度傳感器和示波器;信號(hào)接收與預(yù)處理模塊的輸出接口與功率放大器的輸入接口相連;功率放大器的輸出接口與激振器的輸入接口相連;三穩(wěn)懸臂梁物理裝置通過(guò)螺栓連接到激振器的工作臺(tái)上;激光位移傳感器安裝在合適的支架上,確保激光束對(duì)準(zhǔn)三穩(wěn)懸臂梁物理裝置中的懸臂梁自由振動(dòng)端;加速度傳感器通過(guò)螺栓連接到三穩(wěn)懸臂梁物理裝置上;激光位移傳感器和加速度傳感器的輸出接口分別連接到示波器的兩個(gè)不同的輸入通道上。該檢測(cè)裝置及方法具有原理簡(jiǎn)單、物理實(shí)現(xiàn)、檢測(cè)效果好、普適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
      【專(zhuān)利說(shuō)明】一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及微弱信號(hào)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體的說(shuō),是涉及一種周期信號(hào)的增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]工程中存在一些周期信號(hào),比如旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)或聲音信號(hào)、人體中產(chǎn)生的腦電或心電信號(hào)、水下或結(jié)構(gòu)中的超聲探測(cè)信號(hào)等。這些周期信號(hào)攜帶了非常有用的信號(hào)源信息,因而能夠準(zhǔn)確有效地檢測(cè)出周期信號(hào)具有十分重要的意義。具體的說(shuō),旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的故障檢測(cè)和診斷技術(shù)通過(guò)分析采集到的振動(dòng)或聲學(xué)信號(hào),可以獲得設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康信息。旋轉(zhuǎn)設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的沖擊振動(dòng),反映在了采集到的振動(dòng)或聲學(xué)信號(hào)中。通過(guò)對(duì)信號(hào)中沖擊周期的檢測(cè),可以判斷該設(shè)備是否有故障或者發(fā)生了哪種故障,這對(duì)保障設(shè)備安全運(yùn)行,減少停機(jī)損失等方面具有重要意義。但是,通過(guò)傳感器采集到的信號(hào)不可避免地包含了噪聲,而噪聲使得對(duì)周期信號(hào)的有效提取和檢測(cè)變得很困難。
      [0003]隨機(jī)共振是一種能夠利用噪聲增強(qiáng)周期信號(hào)的非線(xiàn)性方法,其獨(dú)特的特點(diǎn)使得其被應(yīng)用于機(jī)械故障診斷等周期信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域。當(dāng)前利用隨機(jī)共振進(jìn)行信號(hào)增強(qiáng)的方法主要集中在數(shù)字信號(hào)處理方面。然而,這些方法所基于的計(jì)算機(jī)平臺(tái)往往提供了過(guò)于理想的計(jì)算環(huán)境,使得隨機(jī)共振實(shí)施過(guò)程得到了全面的優(yōu)化以適應(yīng)特定的含噪聲信號(hào);同時(shí),基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的隨機(jī)共振方法往往結(jié)合其它復(fù)雜算法一起使用,使得實(shí)施過(guò)程變得更為復(fù)雜,不易于在線(xiàn)檢測(cè)。
      [0004]目前基于隨機(jī)共振的微弱信號(hào)檢測(cè)也有一些采用模擬電路的檢測(cè)技術(shù),這些技術(shù)通過(guò)搭建復(fù)雜的模擬電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振檢測(cè)。然而,這類(lèi)技術(shù)存在的主要問(wèn)題是檢測(cè)電路系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)不容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化,因而往往對(duì)實(shí)際周期信號(hào)的普適性檢測(cè)存在很大的限制。
      [0005]由上可知,對(duì)現(xiàn)有的基于隨機(jī)共振的周期信號(hào)檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō),基于數(shù)字信號(hào)處理和模擬電路系統(tǒng)的兩種技術(shù)方案都存在一定的局限性,如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的、普適性強(qiáng)的技術(shù)方案仍然需要進(jìn)一步探討。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明目的在于提供一種新的基于隨機(jī)共振原理的含噪聲周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法,該裝置及方法基于一種物理裝置而不是傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理或模擬電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振,該裝置被安裝在激振器上,能夠直接增強(qiáng)輸入激振器的含噪聲信號(hào)中的周期成分,實(shí)現(xiàn)周期信號(hào)的增強(qiáng)檢測(cè)。
      [0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置,該檢測(cè)裝置包括信號(hào)接收與預(yù)處理模塊,功率放大器,激振器,三穩(wěn)懸臂梁物理裝置,激光位移傳感器,加速度傳感器和示波器;信號(hào)接收與預(yù)處理模塊的輸出接口與功率放大器的輸入接口相連;功率放大器的輸出接口與激振器的輸入接口相連;三穩(wěn)懸臂梁物理裝置通過(guò)螺栓連接到激振器的工作臺(tái)上;激光位移傳感器安裝在合適的支架上,確保激光束對(duì)準(zhǔn)三穩(wěn)懸臂梁物理裝置中的懸臂梁自由振動(dòng)端;加速度傳感器通過(guò)螺栓連接到三穩(wěn)懸臂梁物理裝置上;激光位移傳感器和加速度傳感器的輸出接口分別連接到示波器的兩個(gè)不同的輸入通道上;其中,
      [0008]所述信號(hào)接收與預(yù)處理模塊,包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)解調(diào)處理模塊、信號(hào)尺度變換模塊;
      [0009]所述三穩(wěn)懸臂梁物理裝置,包括左基座、彈性基體、第一永磁鐵、第二永磁鐵、第三永磁鐵、第一永磁鐵座、第二永磁鐵座、右基座、第一調(diào)節(jié)螺栓、第二調(diào)節(jié)螺栓和第三調(diào)節(jié)螺栓;彈性基體采用金屬?gòu)椘?;其中彈性基體一端夾持在左基座上構(gòu)成懸臂梁;第一永磁鐵粘在彈性基體的自由端上;第二永磁鐵和第三永磁鐵分別粘在第一永磁鐵座和第二永磁鐵座上;第一永磁鐵座和第二永磁鐵座分別通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓和第二調(diào)節(jié)螺栓連接到右基座上;左基座和右基座通過(guò)第三調(diào)節(jié)螺栓連接形成整體基座,第二永磁鐵和第三永磁鐵在水平方向上極性相同;第一永磁鐵在水平方向上極性和第二永磁鐵或第三永磁鐵相反;第二永磁鐵和第三永磁鐵在水平方向上關(guān)于彈性基體對(duì)稱(chēng);通過(guò)調(diào)整第三調(diào)節(jié)螺栓,能夠調(diào)整第一永磁鐵的右表面到第二永磁鐵或第三永磁鐵的左表面在水平方向上的距離d ;通過(guò)調(diào)整第一調(diào)節(jié)螺栓和第二調(diào)節(jié)螺栓,能夠調(diào)整第二永磁鐵和第三永磁鐵在豎直方向上的中心距離P ;把裝置整體安裝在激振器的工作面上,則激振器的振動(dòng)通過(guò)整體基座作用到彈性基體的固定端,從而引起彈性基體和第一永磁鐵在豎直方向即X軸上的振動(dòng)。
      [0010]進(jìn)一步的,彈性基體采用鋁彈片、銅彈片或者鈦合金彈片。
      [0011]進(jìn)一步的,第一永磁鐵、第二永磁鐵和第三永磁鐵為釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵或鐵氧體磁鐵,磁鐵形狀可為矩形或圓柱形。
      [0012]另外,本發(fā)明提供一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)方法,該檢測(cè)方法包括信號(hào)接收與預(yù)處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)增強(qiáng)和信號(hào)采集和記錄四個(gè)實(shí)施步驟:
      [0013]步驟一,對(duì)采集到的含噪聲周期信號(hào),如果存在待檢測(cè)周期信號(hào)調(diào)制其他高頻成分的現(xiàn)象,需要對(duì)信號(hào)先作解調(diào)處理,然后根據(jù)周期所處范圍進(jìn)行變尺度轉(zhuǎn)換,得到預(yù)處理過(guò)的信號(hào);
      [0014]步驟二,將所述預(yù)處理過(guò)的信號(hào)輸入功率放大器,將放大后的信號(hào)輸入激振器,實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換;
      [0015]步驟三,安裝在激振器上上述的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置對(duì)機(jī)械振動(dòng)中的周期成分進(jìn)行增強(qiáng);
      [0016]步驟四,采集和記錄上述的信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的輸入和輸出信號(hào)。
      [0017]進(jìn)一步的,所述步驟一中的解調(diào)處理采用包絡(luò)解調(diào)方法,包絡(luò)解調(diào)方法采用希爾伯特變換解調(diào)法,或者采用能量算子解調(diào)法。
      [0018]進(jìn)一步的,所述步驟一中的變尺度轉(zhuǎn)換是通過(guò)選擇一個(gè)變尺度因子X(jué),X大于等于1,將原信號(hào)進(jìn)行X倍快放或者X倍慢放,使得原信號(hào)的故障頻率被調(diào)整到三穩(wěn)懸臂梁裝置的有效工作范圍內(nèi)。
      [0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為:
      [0020](1)、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明公開(kāi)了一種周期信號(hào)的增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法,能夠利用一種物理裝置實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振,直接增強(qiáng)輸入物理裝置的含噪聲信號(hào)中的周期成分,實(shí)現(xiàn)周期信號(hào)的增強(qiáng)檢測(cè)。該檢測(cè)裝置及方法具有原理簡(jiǎn)單、物理實(shí)現(xiàn)、檢測(cè)效果好、普適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
      [0021](2)、本發(fā)明裝置還具有以下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作材料容易獲得且價(jià)格便宜、容易實(shí)現(xiàn)小型化和模塊化改進(jìn)、制作和裝配過(guò)程簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)等。本發(fā)明方法原理簡(jiǎn)單、容易理解,故使用人員不需要很深的專(zhuān)業(yè)背景知識(shí);實(shí)現(xiàn)該方法的操作過(guò)程直觀、方便,操作人員也不需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的訓(xùn)練即可動(dòng)手操作。
      【專(zhuān)利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0022]圖1為周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng):1_1為接收與預(yù)處理模塊,
      1-2為功率放大器,1-3為激振器,1-4為三穩(wěn)懸臂梁物理裝置,1-5為激光位移傳感器,1-6為加速度傳感器,1-7為示波器。
      [0023]圖2為三穩(wěn)懸臂梁物理裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng):2_1為左基座、2-2為彈性基體、2-3和2-4和2-10為永磁鐵、2-5和2_8為永磁鐵座、2_7為右基座、2_6和2_9和2_11為調(diào)節(jié)螺栓。
      [0024]圖3為周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)施流程圖。
      [0025]圖4為振子在X軸方向移動(dòng)時(shí)由懸臂梁產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力和磁鐵相互作用產(chǎn)生的非線(xiàn)性排斥力共同形成的非線(xiàn)性勢(shì)函數(shù)U (X)。
      [0026]圖5為實(shí)施例輸入信號(hào)波形圖。
      [0027]圖6為實(shí)施例輸出信號(hào)波形圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
      [0029]由【背景技術(shù)】可知,現(xiàn)有的基于隨機(jī)共振原理的周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)主要基于數(shù)字信號(hào)處理和模擬電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振,存在實(shí)施過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)不易調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。
      [0030]因此本發(fā)明公開(kāi)了一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及技術(shù),能夠利用一種物理裝置實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振,直接增強(qiáng)輸入物理裝置的含噪聲信號(hào)中的周期成分,實(shí)現(xiàn)周期信號(hào)的增強(qiáng)檢測(cè),具有原理簡(jiǎn)單、物理實(shí)現(xiàn)、檢測(cè)效果好、普適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
      [0031]實(shí)施例一
      [0032]根據(jù)上述
      【發(fā)明內(nèi)容】
      和附圖1的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖,該裝置具體包括接收與預(yù)處理模塊1-1,功率放大器1-2,激振器1-3,三穩(wěn)懸臂梁物理裝置1-4,激光位移傳感器1-5,加速度傳感器1-6,不波器1-7。信號(hào)接收與預(yù)處理模塊1-1的輸出接口與功率放大器1-2的輸入接口相連;功率放大器1-2的輸出接口與激振器1-3的輸入接口相連;三穩(wěn)懸臂梁物理裝置1-4通過(guò)螺栓連接到激振器1-3的工作臺(tái)上;激光位移傳感器1-5安裝在合適的支架上,確保激光束對(duì)準(zhǔn)三穩(wěn)懸臂梁物理裝置1-4中的懸臂梁自由振動(dòng)端;力口速度傳感器1-6通過(guò)螺栓連接到三穩(wěn)懸臂梁物理裝置1-4上;激光位移傳感器1-5和加速度傳感器1-6的輸出接口分別連接到示波器1-7的兩個(gè)不同的輸入通道上。
      [0033]所述信號(hào)接收與預(yù)處理模塊,包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)解調(diào)處理模塊、信號(hào)尺度變換模塊。
      [0034]所述三穩(wěn)懸臂梁物理裝置見(jiàn)附圖2,包括左基座2-1、彈性基體2-2、永磁鐵2_3和2-4和2-10、永磁鐵座2-5和2-8、右基座2_7、調(diào)節(jié)螺栓2_6和2_9和2_11。彈性基體2_2可采用招、銅或者鈦合金等金屬?gòu)椘挥来盆F2-3和2-4和2-10可為釹鐵硼磁鐵、衫鈷磁鐵或鐵氧體磁鐵等,磁鐵形狀可為矩形或圓柱形。其中彈性基體2-2 —端夾持在左基座2-1上構(gòu)成懸臂梁;永磁鐵2-3粘在彈性基體2-2的自由端上;永磁鐵2-4和2-10分別粘在永磁鐵座2-5和2-8上;永磁鐵座2-5和2-8分別通過(guò)螺栓2_6和2_9連接到右基座2_7上;左基座2-1和右基座2-7通過(guò)螺栓2-11連接形成整體基座。永磁鐵2-4和2_10在水平方向上極性相同;永磁鐵2-3在水平方向上極性和永磁鐵2-4或2-10相反;永磁鐵2-4和2_10在水平方向上關(guān)于彈性基體2-2對(duì)稱(chēng);通過(guò)調(diào)整螺栓2-11,可以調(diào)整永磁鐵2-3的右表面到永磁鐵2-4或2-10的左表面在水平方向上的距離d ;通過(guò)調(diào)整螺絲2-6和2-9,可以調(diào)整永磁鐵2-4和2-10在豎直方向上的中心距離p。把裝置整體安裝在激振器的工作面上,則激振器的振動(dòng)通過(guò)整體基座作用到彈性基體2-2的固定端,從而引起彈性基體2-2和永磁鐵2-3在豎直方向(X軸)上的振動(dòng)。
      [0035]實(shí)施例二
      [0036]根據(jù)附圖3的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)流程圖,所述一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)方法的具體執(zhí)行過(guò)程具體包括以下步驟。
      [0037]步驟一,對(duì)采集到的含噪聲周期信號(hào),如果存在待檢測(cè)周期信號(hào)調(diào)制其他高頻成分的現(xiàn)象,需要對(duì)信號(hào)先作解調(diào)處理,然后根據(jù)周期所處范圍進(jìn)行變尺度轉(zhuǎn)換,得到預(yù)處理過(guò)的信號(hào);
      [0038]步驟二,將所述預(yù)處理過(guò)的信號(hào)輸入功率放大器,將放大后的信號(hào)輸入激振器,實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換;
      [0039]步驟三,安裝在激振器上的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置對(duì)機(jī)械振動(dòng)中的周期成分進(jìn)行增強(qiáng);
      [0040]步驟四,采集和記錄信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的輸入和輸出信號(hào)。
      [0041]所述檢測(cè)方法步驟一中的解調(diào)處理采用包絡(luò)解調(diào)方法,包絡(luò)解調(diào)方法可以采用希爾伯特變換解調(diào)法,能量算子解調(diào)法等。變尺度轉(zhuǎn)換是通過(guò)選擇一個(gè)變尺度因子X(jué) (X大于等于1),將原信號(hào)進(jìn)行X倍快放或者X倍慢放,使得原信號(hào)的故障頻率被調(diào)整到三穩(wěn)懸臂梁裝置的有效工作范圍內(nèi)。例如,若故障頻率大于裝置的最大工作范圍,則對(duì)原信號(hào)進(jìn)行X倍慢放;反之,若故障頻率小于裝置的最小工作范圍,則對(duì)原信號(hào)進(jìn)行X倍快放;當(dāng)故障頻率處于裝置的工作范圍時(shí),則按常速(x=l)播放原信號(hào)。
      [0042]所述檢測(cè)方法步驟二中的功率放大器將預(yù)處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)電磁激振器振動(dòng),此步驟將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng),以驅(qū)動(dòng)信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置。
      [0043]所述檢測(cè)方法步驟三中的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置的隨機(jī)共振實(shí)施原理如下。根據(jù)附圖2的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置結(jié)構(gòu)圖,把彈性基體2-2和永磁鐵2-3當(dāng)做一個(gè)振子,則該振子在振動(dòng)源激勵(lì)下的振動(dòng)可看做是單自由度物體在彈性基體2-2、永磁鐵2-3和2-4和2-10共同構(gòu)成的非線(xiàn)性勢(shì)函數(shù)U (X)中的受迫振動(dòng)。假設(shè)振子處于水平位置(彈性基體2-2沒(méi)有發(fā)生變形)時(shí)U (x)=0,則振子在X軸方向移動(dòng)時(shí),非線(xiàn)性勢(shì)函數(shù)U (X)如圖4所示。同時(shí)由圖4可見(jiàn),通過(guò)調(diào)整距離d和p,可以使得U (X)具有三個(gè)勢(shì)阱(下凹處最低點(diǎn))和兩個(gè)勢(shì)壘(上凸處最高點(diǎn)),此時(shí)的勢(shì)阱稱(chēng)為三穩(wěn)態(tài)勢(shì)阱,而振子在含噪聲周期信號(hào)激勵(lì)下在三穩(wěn)態(tài)勢(shì)阱中的振動(dòng)稱(chēng)為三穩(wěn)態(tài)隨機(jī)共振。在輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下,振子在勢(shì)函數(shù)U (X)中運(yùn)動(dòng),如果只有微弱周期信號(hào)激勵(lì),振子不能獲得足夠的能量來(lái)越過(guò)勢(shì)壘,因此只能在勢(shì)函數(shù)u (X)中間的勢(shì)阱附近(X=0附近)振動(dòng)。而當(dāng)噪聲和周期性微弱信號(hào)一起作用時(shí),在噪聲的協(xié)助下,振子可以獲得足夠的能量越過(guò)勢(shì)壘,從而能夠跟隨微弱周期信號(hào)實(shí)現(xiàn)在u (X)三個(gè)勢(shì)阱中連續(xù)振動(dòng),最終振子的運(yùn)動(dòng)軌跡即為輸出信號(hào)。這一現(xiàn)象即為隨機(jī)共振利用噪聲能量增強(qiáng)周期信號(hào)的過(guò)程。綜上,在非線(xiàn)性勢(shì)函數(shù)U (X)的存在下,微弱周期信號(hào)能夠利用噪聲得到增強(qiáng)檢測(cè)。
      [0044]所述檢測(cè)方法步驟四中的信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的輸入和輸出信號(hào)采用示波器進(jìn)行采集和記錄。輸入信號(hào)的采集方法為:將加速度傳感器安裝在裝置的左基座2-1上,加速度傳感器所測(cè)量得到的信號(hào)為彈性基體2-2固定端的振動(dòng),該信號(hào)為輸入信號(hào)。輸出信號(hào)的采集方法為:采用激光位移傳感器測(cè)量彈性基體2-2自由端在豎直方向上的位移,該信號(hào)為輸出信號(hào)。
      [0045]實(shí)施例三
      [0046]為了更加清楚地了解本發(fā)明的技術(shù)方案及其效果,下面結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)圖1搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),用于實(shí)施例測(cè)試的信號(hào)為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障仿真信號(hào),信號(hào)由周期出現(xiàn)的單邊衰減脈沖和加性高斯白噪聲相加組成,故障脈沖的出現(xiàn)頻率為8.8Hz。
      [0047]首先,根據(jù)圖3步驟一,對(duì)故障信號(hào)采用希爾伯特變換法進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)。因故障頻率8.8Hz位于信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的有效工作范圍內(nèi),故選擇X=l,即信號(hào)按原速度播放。
      [0048]隨后,根據(jù)圖3步驟二,將解調(diào)后的故障信號(hào)輸入功率放大器,功率放大器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁激振器,引起電磁激振器工作面的振動(dòng),此步驟完成電信號(hào)向機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換。
      [0049]接著,根據(jù)圖3步驟三,安裝在激振器工作臺(tái)上的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置(圖2)將跟隨激振器一起振動(dòng),并引起由圖2中的彈性基體2-2和永磁鐵2-3構(gòu)成的振子在豎直方向上的振動(dòng),此步驟實(shí)現(xiàn)了機(jī)械振動(dòng)中周期成分的增強(qiáng)。
      [0050]最后,根據(jù)圖3步驟四,信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的輸入信號(hào)被安裝在左基座1上的加速度傳感器測(cè)量,輸出信號(hào)被激光位移傳感器測(cè)量。輸入和輸出信號(hào)同時(shí)被示波器采集、記錄和顯示,分別如圖5和圖6所示。
      [0051]下面對(duì)比分析三穩(wěn)物理裝置的輸入和輸出信號(hào)。圖5所示為輸入信號(hào)的波形,從波形中可勉強(qiáng)辨認(rèn)出周期脈沖信號(hào)的出現(xiàn)周期(圖中標(biāo)注為T(mén)d),但該脈沖信號(hào)較為微弱,相對(duì)而言,脈沖周?chē)脑肼暩蓴_則十分明顯。噪聲的干擾可能使得脈沖周期的辨認(rèn)變得困難,進(jìn)而影響對(duì)設(shè)備故障判斷的準(zhǔn)確性。圖6所示為輸出信號(hào)的波形,從圖中可見(jiàn),含噪聲故障信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置,信號(hào)中的周期成分得到增強(qiáng),其周期清晰可辨(圖中標(biāo)注為T(mén)d),而噪聲的干擾則變得十分微弱乃至可以忽略不計(jì)。通過(guò)對(duì)比輸入和輸出信號(hào)可知,得益于隨機(jī)共振中噪聲能夠增強(qiáng)周期信號(hào)這一獨(dú)特優(yōu)勢(shì),輸入信號(hào)中的噪聲能夠驅(qū)使信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置中的振子在勢(shì)函數(shù)U (x)的三個(gè)穩(wěn)態(tài)間跟隨周期脈沖連續(xù)地躍遷;進(jìn)而從反映振子運(yùn)動(dòng)軌跡的輸出信號(hào)中可見(jiàn),含噪聲周期信號(hào)的周期成分得到增強(qiáng)。綜上,由實(shí)施例可見(jiàn),本發(fā)明裝置及技術(shù)能夠有效地對(duì)含噪聲周期信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)檢測(cè)。
      [0052]綜上所述,本發(fā)明公開(kāi)了一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置及方法,不同于現(xiàn)有的基于隨機(jī)共振原理進(jìn)行周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)的技術(shù)方案,能夠利用一種物理裝置實(shí)現(xiàn)隨機(jī)共振,直接增強(qiáng)輸入物理裝置的含噪聲信號(hào)中的周期成分,具有原理簡(jiǎn)單、物理實(shí)現(xiàn)、檢測(cè)效果好、普適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷等涉及周期微弱信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)有前景。
      [0053]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
      【權(quán)利要求】
      1.一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置,其特征在于,該檢測(cè)裝置包括信號(hào)接收與預(yù)處理模塊(1),功率放大器(2),激振器(3),三穩(wěn)懸臂梁物理裝置(4),激光位移傳感器(5),加速度傳感器(6)和示波器(7);信號(hào)接收與預(yù)處理模塊(1)的輸出接口與功率放大器(2)的輸入接口相連;功率放大器(2)的輸出接口與激振器(3)的輸入接口相連;三穩(wěn)懸臂梁物理裝置(4)通過(guò)螺栓連接到激振器(3)的工作臺(tái)上;激光位移傳感器(5)安裝在合適的支架上,確保激光束對(duì)準(zhǔn)三穩(wěn)懸臂梁物理裝置(4)中的懸臂梁自由振動(dòng)端;加速度傳感器(6)通過(guò)螺栓連接到三穩(wěn)懸臂梁物理裝置(4 )上;激光位移傳感器(5 )和加速度傳感器(6 )的輸出接口分別連接到示波器(7)的兩個(gè)不同的輸入通道上;其中,所述信號(hào)接收與預(yù)處理模塊,包括信號(hào)接收模塊、信號(hào)解調(diào)處理模塊、信號(hào)尺度變換模塊; 所述三穩(wěn)懸臂梁物理裝置,包括左基座(1)、彈性基體(2)、第一永磁鐵(3)、第二永磁鐵(4)、第三永磁鐵(10)、第一永磁鐵座(5)、第二永磁鐵座(8)、右基座(7)、第一調(diào)節(jié)螺栓(6)、第二調(diào)節(jié)螺栓(9)和第三調(diào)節(jié)螺栓(11);彈性基體(2)采用金屬?gòu)椘?;其中彈性基體(2)—端夾持在左基座(1)上構(gòu)成懸臂梁;第一永磁鐵(3)粘在彈性基體(2)的自由端上;第二永磁鐵(4)和第三永磁鐵(10)分別粘在第一永磁鐵座(5)和第二永磁鐵座(8)上;第一永磁鐵座(5)和第二永磁鐵座(8)分別通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓(6)和第二調(diào)節(jié)螺栓(9)連接到右基座(7 )上;左基座(1)和右基座(7 )通過(guò)第三調(diào)節(jié)螺栓(11)連接形成整體基座,第二永磁鐵(4)和第三永磁鐵(10)在水平方向上極性相同;第一永磁鐵(3)在水平方向上極性和第二永磁鐵(4)或第三永磁鐵(10)相反;第二永磁鐵(4)和第三永磁鐵(10)在水平方向上關(guān)于彈性基體(2)對(duì)稱(chēng);通過(guò)調(diào)整第三調(diào)節(jié)螺栓(11),能夠調(diào)整第一永磁鐵(3)的右表面到第二永磁鐵(4)或第三永磁鐵(10)的左表面在水平方向上的距離d ;通過(guò)調(diào)整第一調(diào)節(jié)螺栓(6)和第二調(diào)節(jié)螺栓(9),能夠調(diào)整第二永磁鐵(4)和第三永磁鐵(10)在豎直方向上的中心距離P ;把裝置整體安裝在激振器的工作面上,則激振器的振動(dòng)通過(guò)整體基座作用到彈性基體(2)的固定端,從而引起彈性基體(2)和第一永磁鐵(3)在豎直方向即X軸上的振動(dòng)。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置,其特征在于,彈性基體(2)采用鋁彈片、銅彈片或者鈦合金彈片。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置,其特征在于,第一永磁鐵(3)、第二永磁鐵(4)和第三永磁鐵(10)為釹鐵硼磁鐵、釤鈷磁鐵或鐵氧體磁鐵,磁鐵形狀可為矩形或圓柱形。
      4.一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)方法,其特征在于,該檢測(cè)方法包括信號(hào)接收與預(yù)處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)增強(qiáng)和信號(hào)采集和記錄四個(gè)實(shí)施步驟:步驟一,對(duì)采集到的含噪聲周期信號(hào),如果存在待檢測(cè)周期信號(hào)調(diào)制其他高頻成分的現(xiàn)象,需要對(duì)信號(hào)先作解調(diào)處理,然后根據(jù)周期所處范圍進(jìn)行變尺度轉(zhuǎn)換,得到預(yù)處理過(guò)的信號(hào);步驟二,將所述預(yù)處理過(guò)的信號(hào)輸入功率放大器,將放大后的信號(hào)輸入激振器,實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換;步驟三,安裝在激振器上權(quán)利要求1所述的三穩(wěn)懸臂梁物理裝置對(duì)機(jī)械振動(dòng)中的周期成分進(jìn)行增強(qiáng);步驟四,采集和記錄權(quán)利要求1所述的信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)裝置的輸入和輸出信號(hào)。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)方法,其特征在于,所述步驟一中的解調(diào)處理采用包絡(luò)解調(diào)方法,包絡(luò)解調(diào)方法采用希爾伯特變換解調(diào)法,或者采用能量算子解調(diào)法。
      6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種周期信號(hào)增強(qiáng)檢測(cè)方法,其特征在于,所述步驟一中的變尺度轉(zhuǎn)換是通過(guò)選擇一個(gè)變尺度因子X(jué),X大于等于1,將原信號(hào)進(jìn)行X倍快放或者X倍慢放,使得原信號(hào)的故障頻率被調(diào)整到三穩(wěn)懸臂梁裝置的有效工作范圍內(nèi)。
      【文檔編號(hào)】G01H17/00GK103644966SQ201310739306
      【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月29日
      【發(fā)明者】何清波, 陸思良, 孔凡讓 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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